從瑞士聯(lián)邦材料科學與技術實驗室（Empa）傳來有關環(huán)氧樹脂的最新科研消息，該實驗室在完成環(huán)氧樹脂的阻燃功能和機械強度增強技術之外，還研發(fā)環(huán)氧樹脂的可修復，并實現(xiàn)了環(huán)氧樹脂的可回收循環(huán)利用。
環(huán)氧樹脂作為涂料的主要樹脂，被應用于工業(yè)涂料和汽車涂料領域，因為其具有比乳膠漆和醇酸漆更好的耐熱效果。
環(huán)氧樹脂是堅韌且用途廣泛的聚合物材料。它們與玻璃纖維或碳纖維結(jié)合使用，例如用于制造飛機、汽車、火車、船舶和風力渦輪機的部件。纖維增強的環(huán)氧聚合物材料具有優(yōu)異的機械和熱性能，并且比金屬輕得多。但是，它們的弱點是不可回收，目前為止并沒有出現(xiàn)可回收的環(huán)氧樹脂材料。
但是，現(xiàn)在由Empa高級纖維實驗室的Sabyasachi Gaan領導，Empa研究人員開發(fā)了一種基于環(huán)氧樹脂的聚合物材料。這種材料完全可回收、可修復且具有阻燃性，同時保持了環(huán)氧樹脂良好的熱機械性能。他們在《化學工程雜志》上發(fā)表了該項科研成果。
回收環(huán)氧樹脂絕非易事，因為環(huán)氧樹脂是一種熱固性聚合物，這種類型的聚合物，聚合物鏈是緊密交聯(lián)的，這些化學交聯(lián)使熔化變得不可能。一旦材料硬化，就無法再進行整形。
而對于熱塑性聚合物，例如PET或聚烯烴，情況并非如此。它們的聚合物鏈靠得很近，但彼此之間沒有化學連接。當加熱時，這些聚合物可以熔化并形成新的形狀。然而，由于缺乏交聯(lián)，它們在高溫下的機械性能通常不如熱固性材料。
Empa與國際合作伙伴合作開發(fā)的獨特環(huán)氧樹脂在技術上是一種熱固性聚合物，但與其他熱固性樹脂不同，它可以像熱塑性聚合物一樣重塑。其關鍵是將膦酸酯類中一種非常特殊的功能分子添加到新的樹脂基體中。“我們最初合成這種分子作為阻燃劑，”這項技術的共同發(fā)明人、Empa科學家Wenyu Wu Klingler說。然而，分子與環(huán)氧樹脂的聚合物鏈形成的鍵是動態(tài)的，并且在某些條件下可以斷裂。這放松了聚合物鏈的交聯(lián)，使得它們可以被熔化和重塑。
這種材料，也被稱為玻璃化聚合物，目前該項技術已經(jīng)出現(xiàn)了10年左右，被認為特別有前景。“如今，纖維增強復合材料根本不可回收，除非在非常惡劣的條件下，這會損壞回收的纖維，”Wenyu Wu Klingler解釋道。“一旦它們達到使用壽命，就會被焚燒或在垃圾填埋場處理。有了這種技術，它們將有可能首次重新進入流通。”
“我們對未來的愿景，”小組組長Sabyasachi Gaan補充道，“是一種復合材料，其中纖維和樹脂基體都可以完全分離和重復使用。”研究人員特別看到了碳纖維增強環(huán)氧的機會，因為它們通常用于飛機、火車、船只、汽車、自行車等的制造。他解釋說：“碳纖維的生產(chǎn)需要大量的能源，并釋放出大量的二氧化碳。”。“如果我們能回收它們，它們的環(huán)境足跡會好得多，價格也會低得多。”此外，回收與基材聚合物（例如環(huán)氧樹脂）相連的磷等有價值的元素也是可能的。
纖維增強復合材料并不是這種新型聚合物的唯一應用。例如，它可以用于生產(chǎn)木地板環(huán)氧涂料，作為一種透明、耐腐蝕的涂層，其又具有良好的阻燃性能，并且可以用少量的壓力和熱量“治愈”劃痕和凹痕。
Gaan解釋道：“我們沒有開發(fā)出一種特定用途的材料，而是打開了一個功能工具箱。阻燃性、可回收性和可修復性是既定的。我們可以根據(jù)預期用途優(yōu)化所有其他性能。”例如，他說，流動特性對于纖維增強高環(huán)氧的生產(chǎn)尤為重要，而戶外木材涂料應該具有耐候性，新型的環(huán)氧樹脂都可以定制實現(xiàn)。
為了追求這種材料的這些和其他應用，研究人員現(xiàn)在正在尋找工業(yè)合作伙伴。Empa看好該材料的商業(yè)機會，除了所有其他有利的性能外，改性環(huán)氧聚合物也便宜且易于制造。
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